基于模拟退火算法的机械臂刚度辨识构型优化与实验

针对机械臂关节刚度辨识的测量构型提出了新的优化方法和实验设计思路。首先,综合考虑机械臂形位以及载荷矢量对刚度辨识的影响,采用参数κ_(F)^(-1)-(A)作为测量构型评价指标。在此基础上,通过合适的模拟退火优化算法得到基于κ_(F)^(-1)-(A)的最优测量构型。基于设计的多向加载装置实现了载荷的优化加载。实验结果表明,与典型评价指标κ_(F)^(-)(J)相比,κ_(F)^(-1)-(A)的最优化测量构型能更好地克服多种测量误差影响,补偿后末端位置精度提高29.59%,最大位置误差降低32.71%。可应用于实际工业环境中的串联机械臂刚度标定。

双臂空间机器人可操作度分析及其构型优化

利用传统的操作度概念,分析多臂空间机器人的可操作度,特别是基座和辅助臂的耦合效应对任务机械臂的操作度的影响。进而利用基座姿态最小扰动和可操作度指标对多臂机器人机械臂的构型进行优化。最后对平面双臂空间机器人进行数值仿真,并分析耦合效应对可操作度的影响以及在多臂构型优化中的应用。仿真结果表明本文的研究方法及结果可指导在轨服务中的近距离双臂协调交会、软对接和抓捕操作,具有较强的工程应用价值。

分子几何构型优化方法的系统性比较

对《CRC物理与化学手册》第77版中收集的第三周期以前的所有已知实验构型的无机分子的构型 ,在MP2、B3LYP、B3PW91级别上进行了构型优化的系统性比较.优化采用基组为6 31G(d,p) ,6 311G(d,p),6 311G(2d,p).对大多数分子另比较了QCISD(T)方法 ,对多原子分子比较了BPW91方法 ,对含氢双原子分子也使用了QCISD方法.结果表明 ,键长的平均绝对偏差(单位 :pm)由小到大的顺序为 :B3PW91/6 311G(2d,p)(1.50),B3LYP/6 311G(2d,p)(1.73),MP2(full)/6 311G(2d,p)(1.75),B3PW91/6 311G(d,p)(1.82),QCISD(T,FC)/6 311G(d,p)(1.82),B3PW91/6 31G(d)(1.84),MP2(full)/6 311G(d,p)(1.87),MP2(full)/6 31G(d,p)(2.09),B3LYP/6 311G(d,p)(2.11),B3LYP/6 31G(d)(2.12),QCISD(T,FC)/6 31G(d,p)(2.14),BPW91/6 311G(2d,p)(2.88),BPW91/6 31G(d)(3.33)和BPW91/6 311G(d,p)(3.42).键长数目分别为248,248,246,248,187,248,246,246,248,248,187,151,151和151个.

空间机器人抓捕目标星碰撞前构型优化

空间双臂机器人抓捕目标星会导致碰撞,针对碰撞引起机器人系统基座姿态变化的问题,提出一种基于粒子群算法的碰撞前构型优化方法。该方法首先给出了碰撞前和碰撞后的动力学模型,然后根据冲量—动量方程推导出碰撞阶段动力学方程,最后提出基于粒子群算法的最优碰撞前构型规划数值方法,使碰撞对机器人系统角动量的影响尽量小。通过计算校验了该方法的有效性,找到了用于空间机器人抓捕目标星的较理想的碰撞前构型。

基于构型优化的高阶模态微质量传感器灵敏度提升方法

高灵敏度是微质量传感器准确探测细菌、病毒和气体等物质的关键指标。虽然借助微型化的高阶模态梁振动可以有效提升探测灵敏度,但微尺度效应也降低了传感器的抗环境干扰能力。因此,如何在特定尺度约束下提升高阶模态传感器的灵敏度已成为谐振式微传感器设计的前沿问题。本文在研究弹性梁几何构型、压电层尺寸与有效质量分布对振动模态影响关系的基础上,建立了压电驱动多阶梯梁式微质量传感器的灵敏度分析模型,以传感器灵敏度提升最大为目标,建立了高阶振动模态下悬臂梁几何构型优化设计模型,得到了在不同振动模态下具有最高灵敏度的悬臂梁构型,使同尺寸传感器的灵敏度提升了10.0~15.0倍。考虑驱动位置与制造成本约束,设计并研制了具有六阶梯梁结构的高阶模态微质量传感器。实验结果表明,总长度为17.6mm的六阶梯梁微质量传感器的灵敏度为18.8×10~4 Hz/g,考虑制造误差的影响,其二阶模态灵敏度为同尺寸等截面梁传感器的10.0倍,较一阶模态同尺寸传感器灵敏度提升了19.8倍,从而验证了所提出的高阶模态微质量传感器灵敏度提升方法的有效性和可行性。

一种模块化机器人的拓扑构型优化

采用遗传算法对一种关节型模块化机器人系统面向任务的拓扑构型优化设计问题进行了研究。对任意机械臂拓扑构型组成模块的类型、参数、数量及模块间连接顺序和装配方位等信息进行了二进制编码。按照性质不同将设计要求划分为刚性要求、柔性要求及刚性+柔性要求,对不满足刚性要求的拓扑结构通过过滤器处理以提高效率,对其他拓扑结构进行构型评价并以评价结果的加权和的形式建立构型评价函数。以自由度最小为主要优化目标,结合遍历法和遗传算法给出一种拓扑构型优化设计方法。构型优化实验验证了该方法的有效性。

采用小弹性模量方法的空间飞网构型优化设计

飞网构型设计对提高空间飞网系统的展开抓捕性能具有重要意义。用小弹性模量分析方法对空间飞网构型优化设计问题进行研究。以绳网中内力分布均衡性为优化目标,选取飞网抛射过程中最大受力时刻为研究工况,赋予绳索单元极小弹性模量,进行静力学计算,并以变形后的结果为初始条件进行迭代分析。优化结果表明,绳网中的内力分布随迭代步数的增加而更趋于均匀。在不改变绳网拓扑结构的前提下,所建立的优化设计方法为空间飞网构型优化设计提供了一种参考途径。

区域覆盖星座构型优化及协同控制策略研究

针对区域覆盖卫星星座的回归特性和构型维持需求,利用轨道半长轴和倾角与升交点赤经漂移和相位角漂移变化率之间的线性关系来优化星座构型参数,提高卫星星座构型的长期稳定性,同时通过协同控制轨道半长轴和倾角漂移量来实现区域覆盖星座构型维持。最后对区域覆盖天基雷达星座进行了构型优化设计和仿真,仿真结果表明了星座构型优化设计和维持策略的有效性。

嫦娥四号着陆器构型优化设计与验证

采用多目标约束遍历优化方法,进行了以天线视场、指向等使用需求为目标,载荷的机、电、热、光等接口要求为约束条件,单机设备、结构舱板联合迭代布局的优化设计.针对质量资源紧张进行了以减重为目标的电缆网络最短路径优化设计,电缆质量减轻1 1.4 kg,减轻比例达1 6.9%.进行对称布局优化调整,质心精度提高至0.1 mm,配重比降低至0.1%.经过构型优化设计,满足了任务目标对探测器构型的需求,经过地面试验及在轨飞行,也验证了构型优化设计的正确性.

超燃冲压发动机燃烧室构型优化的试验研究

在直连式超燃冲压发动机试验系统上,通过调节超燃冲压发动机燃烧室壁面扩张角和燃料喷注位置,对燃烧室构型优化进行了试验研究。为了提高试验效率,燃烧室形面调节采用正交试验设计方法进行组织,每个形面进行5种喷注位置的试验,每次试验通过文氏管调节3个当量比的燃料流量。利用试验数据构造燃烧室性能关于构型参数的响应面模型,可用于燃烧室构型优化。通过两次渐进优化获得了性能更优的燃烧室构型,并根据试验数据分析了各构型参数对燃烧室性能的影响,结果表明:优化构型燃烧室的推力增益比基准构型增大了10.4%;燃烧室性能受各构型参数的强烈耦合影响。

基于非线性有限元法的橡胶隔振器构型优化

设计一种用于连接两板的橡胶隔振器。以Mooney-Rivlin模型为基础,对橡胶材料进行静态特性的试验研究,得到了材料模型参数。根据实际的使用要求,设计隔振器的参数、基本尺寸,以此为基础,采用优化计算法,以隔振器的尺寸、预紧力、两板间距、橡胶的最大应力为变量,以隔振器刚度为目标,同时,满足隔振量的要求,用非线性有限元法进行数值计算,得到满足要求的隔振器。

分布式卫星SAR沿航迹干涉编队构型优化

沿航迹干涉(ATI)SAR可用来测量地面运动目标的径向速度,分布式卫星系统能改善ATI测速精度并增加系统可检测速度范围。合理地设计小卫星间的空间编队构型是保证分布式卫星系统性能的关键。该文给出一种综合评价分布式卫星SAR系统测速精度的模型,该模型可用来对满足绕飞轨道的分布式卫星群的构型进行优化设计。采用随机搜索算法进行了仿真试验,试验结果验证了本文方法的有效性。

射流泵的数值分析与构型优化

在一维理论的指导下建立了一个射流泵的模型,并通过数值模拟方法对其进行分析,将CFD结果与实验数据相比较,确定了合适的数值方法和湍流模型。在数值分析的基础上,选取了需要优化的构型参数及设计点,采用移动最小二乘法(MLS)建立了射流泵内流动的代理模型(Surrogate Model),并对其进行优化研究。结果表明,优化后的射流泵的效率得到有效的提高。

多路交叉立交总体方案构型优化的探讨

多路交叉节点在公路和城市交通网络中有着举足轻重的地位而且工程复杂。通过实际设计的工程实例,分析了四种多路交叉立交方案构型的特点及适用条件,探讨了多路交叉立交总体方案构型优化设计的技术问题,提出了合理选择的思路和方法。

基于粒子群算法和投影解析法的机器人构型优化

针对一种可重构轮式移动机器人扩展构型中重构变量间的非线性关系,采用解析结合投影几何的方法建立可重构的移动机器人的稳定性指标模型。运用粒子群算法获得了在等效稳定裕量最大前提下的移动机器人重构构型,其结果同移动机器人重构实验的结果吻合很好。机器人重构构型时应遵循几何对称原则,负载分布均衡原则以保证机器人的直行性能.为了保证机器人工作性能良好,重构参数的应限定在安全范围内.同时应采取综合折中原则,对各种相关参数进行综合平衡.移动机器人扩展构型具有非线性特点的稳定性能指标,在机器人的性能预测、任务规划和运动控制中皆具有重大理论意义和应用价值.

空间微振动模拟器构型优化设计研究

为提高空间隔振技术的有效性和可靠性,设计一种关于于Stewart并联平台的空间微振动模拟器用作地面试验的振源,并对机构理想构型的设计进行研究。首先,对机构进行数学建模并结合虚功原理和Newton-Euler欧拉公式,得到系统广义质量、刚度、阻尼以及各阶固有频率的数学解析式。然后,根据模拟器的振动频率范围,利用分离变量法对构型参数进行优化设计得到理想构型。为了验证构型下机构仿真振动的有效性和准确性,通过逆动力学解算出输入并将其赋予模型,得到机构的输出力曲线,分析结果表明正弦振动扰动力控制误差为1.58db,输出扰动力频率控制精度为2.85%,各项参数均满足空间微振动模拟器的技术指标要求。

M-Lattice模块机器人的运动学分析及构型优化

针对模块机器人在运动过程中遇到的运动干涉问题,提出了一种应用于M-Lattice模块机器人的构型优化设计.通过引入平动关节,实现模块机器人机械臂的收缩和伸展运动,从而避免运动干涉.通过运动学分析,在避免运动干涉的前提下尽可能减少平动关节的行程,从而顺利完成自重构过程并确保模块机器人自身的结构强度及稳定性.通过对不同运动情况下的运动空间的仿真和原型机实验,验证了优化构型的可行性和运动能力.结果表明,引入的平动关节能够很好地避免模块间的运动干涉且各机械关节的设计切实可行,为后续大规模模块机器人系统的研究建立了基础.

空基雷达组网收发分置协同探测编队构型优化

针对空基雷达组网收发分置协同探测构型优化问题,利用目标雷达波空间散射的分布特点,基于双基雷达空间分集思想,建立了空基雷达组网收发分置协同探测数学模型,定义了探测性能的评价指标,得到优化目标函数;采用网格分割法对布设在不同距离、不同方位的空基雷达形成的探测空域,基于烟花算法求解得到"1发n收"多种情况下的最优编队构型方案.仿真结果验证了该数学模型的有效性和算法的适应性.

考虑频率约束的空气弹簧构型优化设计

用于地面振动试验(ground vibration test,GVT)的空气弹簧对承载能力、腔内工作压力、低频特性的要求非常高。针对该类空气弹簧低频特性,推导出其垂向频率近似表达式。通过对该表达式定性分析,发现空气弹簧垂向频率仅与其几何构型参数相关。利用Abaqus二次开发功能编写空气弹簧储气罐主腔体结构的参数化有限元模型,然后以其几何构型参数为设计变量,以空气弹簧低频特性、空气弹簧储气罐主腔体结构强度和刚度为约束,储气罐主腔体质量最小化为设计目标进行构型优化设计。结果表明优化后的结构的质量较初始设计有大幅降低。该优化设计方法能使得不同承载能力的GVT空气弹簧设计系列化。

运载火箭创新技术驱动构型优化规律研究

运载火箭构型设计是火箭总体的顶层设计,属于火箭的原始基因,本质决定了火箭的技术性能、可靠性和经济性。系统阐述了运载火箭构型设计在起飞推重比、长细比、发动机推力量级选型等方面所遵循的原则,通过梳理国外先进运载火箭技术发展新趋势,总结运载火箭总体构型在新技术驱动下变化的要素,形成未来运载火箭构型优化的发展规律和方向。最后,从设计理念转变,重复使用、故障诊断等需求牵引以及核心系统技术驱动等方面出发,提出了对中国未来运载火箭构型优化设计工作的建议。